Se você está projetando uma aeronave que viaja a velocidades capazes de gerar um vôo sustentado, é lógico que você construiria algum tipo de meio de parar a aeronave quando ela retornasse ao solo, certo?
Bem, não necessariamente. Embora a necessidade de freios nas aeronaves pareça simples e autoexplicativa para nós agora, durante os primeiros dias da aviação, as aeronaves não tinham sistema de freios – veja o Sopwith Camel, por exemplo.
Projetistas, construtores e pilotos confiaram em uma combinação das velocidades relativamente baixas das aeronaves da época, combinadas com o atrito gerado por aeródromos macios e derrapagens de cauda para desacelerar e parar naturalmente as aeronaves.
Somente depois da Primeira Guerra Mundial, à medida que a velocidade das aeronaves aumentou e surgiram mais pistas pavimentadas, é que esses sistemas de freio ganharam popularidade. Tal como outros sistemas de aeronaves, os travões das aeronaves continuaram a evoluir e a melhorar ao longo do último século.
Juntos vamos explorar a história dos freios. Esta é uma jornada fascinante que abrange mais de um século de avanços tecnológicos. Desde o início humilde, com um sistema de travagem rudimentar, até ao sofisticado sistema de travagem hidráulico utilizado nas aeronaves modernas, a evolução dos travões nas aeronaves tem sido fundamental para melhorar a segurança e o desempenho da aviação.
Vamos começar!
História dos freios em aeronaves
Muitos dos primeiros freios para aeronaves consistiam em uma única alavanca que transmitia mecanicamente a entrada de controle do freio através de cabos para freios a tambor localizados nas rodas principais e, às vezes, também na roda do nariz.
Todos os freios estavam vinculados ao mesmo controlador, portanto todos foram acionados ao mesmo tempo e com a mesma força. Como a entrada era transmitida manualmente, o sistema era ineficiente e só funcionava bem em aeronaves menores. Os tambores de freio também se desgastaram e precisaram ser substituídos com relativa rapidez.
Outra variação de freios – popular entre as décadas de 1930 e 1950 – foram os freios com tubo expansor. Este tipo de sistema de freio recebeu o nome do tubo plano de neoprene reforçado com tecido, cuja superfície era coberta com uma espécie de material de lona de freio chamado blocos de freio.
O tubo era encaixado dentro de um tambor de freio de ferro e continha um bico de metal por onde entrava fluido hidráulico pressurizado quando os freios eram acionados. À medida que o fluido expandia o tubo, os blocos do freio pressionavam o tambor, causando atrito e desacelerando a roda.
No geral, os freios com tubo expansor funcionaram razoavelmente bem, no entanto, seu desempenho em climas frios não foi o ideal e, em altas temperaturas, eles eram propensos a inchar e vazar e, em seguida, arrastar-se para dentro do tambor depois que os freios foram liberados.
Estas opções originais eram melhores do que nada, mas era claramente necessário um sistema de travagem melhorado da aeronave.
Sistemas modernos de frenagem de aeronaves
Hoje, a força de frenagem das aeronaves é transmitida principalmente hidraulicamente com bombas hidráulicas que fornecem a pressão de fluido necessária para suportar os sistemas expansivos de freios em aeronaves de grande porte. Em vez de um controle de alavanca única que aplica pressão igual a ambos os freios simultaneamente, os pilotos usam controles de freio operados individualmente, localizados na parte superior dos pedais do leme.
Um controle aciona o freio da roda principal esquerda e o outro aciona o freio da roda principal direita. As rodas dianteiras e traseiras não possuem freios. Esta configuração individual de controle de freio oferece mais funcionalidade, uma vez que os freios das rodas principais esquerda e direita podem ser aplicados separadamente e em graus variados.
Os pilotos de hoje podem usar essa capacidade de frenagem diferencial a seu favor enquanto dirigem a aeronave no solo.
A ativação do freio hidráulico pode ser mais comum agora, mas, ao olharmos para o futuro, esperamos que mais aeronaves façam a transição para sistemas de freios ativados eletricamente mais leves. Isto eliminará a necessidade de sistemas e bombas de fluido hidráulico volumosos.
Os freios a tambor que prevaleceram na década de 1950 foram substituídos por freios a disco mais eficientes e eficazes. Em um freio a disco, o conjunto da roda giratória e o disco ou rotor do freio giram juntos. Quando os freios são acionados, uma pinça de freio estacionária resiste à rotação e cria atrito contra o disco, desacelerando assim a aeronave.
A composição do material, configuração e tipo de freio a disco variam dependendo do peso, tamanho e velocidade de pouso da aeronave.
Composição
Os rotores dos freios a disco são geralmente feitos de ferro ou aço. O problema, especialmente para aeronaves maiores e mais pesadas, é que, quando ativados, os freios ficam sujeitos a altos níveis de energia cinética e ao calor resultante. Os freios de aço e ferro começarão a “desbotar” e perder eficiência à medida que a temperatura aumentar. Eles também são relativamente pesados.
Para reduzir o peso e melhorar a eficiência dos freios em aeronaves grandes e de alto desempenho, os projetistas estão mudando para a fibra de carbono. Esta construção nova e aprimorada oferece melhor desempenho em altas temperaturas e, ao mesmo tempo, diminui o peso total do sistema de freio da aeronave. Na verdade, os freios de fibra de carbono são cerca de 40% mais leves que os freios a disco padrão de ferro ou aço.
Isto significa uma economia potencial de peso de várias centenas de libras em aeronaves de grande porte. Os benefícios térmicos são impressionantes. A fibra de carbono pode suportar 2 a 3 vezes mais calor que o aço. Um rotor de fibra de carbono também pode dissipar o calor residual mais rapidamente do que seu equivalente em aço. Finalmente, a composição da fibra de carbono é mais forte e resistente. Pode manter suas dimensões mesmo em temperaturas muito altas.
Do ponto de vista da longevidade e da manutenção, outro benefício importante da fibra de carbono em relação ao aço é que o freio de fibra de carbono dura cerca de 20-50% mais.
À medida que a tecnologia melhora e o preço da fibra de carbono diminui, esperamos ver este tipo de travão tornar-se ainda mais difundido.
Tipo
Os sistemas de freio modernos vêm em 4 tipos principais, dependendo do tamanho, peso e velocidade da sua aeronave:
Disco Único
Esses tipos de discos de freio são menores e aeronaves mais leves terão freios de disco único em configuração fixa ou flutuante. Com um freio a disco único, a pressão hidráulica empurra os pistões localizados em uma pinça não rotativa. Esses pistões pressionam as pastilhas de freio contra ambos os lados do disco, criando níveis uniformes de atrito e desacelerando a aeronave.
Em uma configuração de freio de disco único flutuante, o atrito é gerado por lonas ou discos de freio. Metade está localizada na parte interna da pinça de freio e a outra metade na parte externa. Os discos internos ficam estacionários, enquanto os discos externos se movem com os pistões. O disco de freio flutua lateralmente entre esses conjuntos de discos. À medida que os freios são aplicados, os discos externos entram em contato com o disco, o disco desliza para dentro e os discos internos também fazem contato para desacelerar a roda.
Numa configuração de disco único fixo, o disco é aparafusado à roda e apenas a pinça e as pastilhas do travão flutuam lateralmente dependendo da pressão que está a ser aplicada. Quando os freios são acionados, as lonas se movem em direção ao disco e fazem contato para desacelerar a roda.
Disco duplo
Se o atrito gerado por um único freio a disco não for suficiente para parar a aeronave, um segundo disco é adicionado à configuração. Isso é chamado de configuração de disco duplo. Em um sistema de freio a disco duplo, cada roda possui dois discos em vez de um. Os discos são conectados por um suporte central com revestimentos em cada lado. Quando os freios são acionados, as lonas do suporte central entram em contato com ambos os discos e desaceleram a roda.
Vários discos
Aeronaves grandes e pesadas precisam de algo ainda mais poderoso do que um sistema de disco duplo. Essas aeronaves usam um sistema de freio a disco múltiplo construído em um suporte de rolamento estendido. O transportador contém uma série de estatores de aço alternados e discos revestidos de cobre ou bronze. Os estatores são um tipo de placa plana coberta com material de lona de freio vestível, projetada para pressionar os rotores. A pressão hidráulica no pistão comprime toda a pilha, gerando altos níveis de atrito e calor para retardar a rotação da roda. Este sistema é combinado com cilindros mestres de reforço de potência ou válvulas de controle de freio de potência.
O problema com o sistema de discos múltiplos é que os rotores e estatores são finos e aquecem rapidamente. Como também são ineficientes na dissipação de calor, o calor residual lhes confere tendência a deformar.
Rotor Segmentado
A opção de próxima geração para sistemas de freio em aeronaves grandes, pesadas e de alto desempenho são os freios a disco rotor segmentados. Trata-se de uma variação do sistema de discos múltiplos, mas com algumas modificações e atualizações importantes para controlar o acúmulo de calor e auxiliar na sua dissipação.
Os rotores do freio em um sistema de freio rotor-disco segmentado possuem lonas de freio fixas de alto atrito que fazem contato com os rotores para desacelerar a roda. Em vez de serem um disco sólido e plano, os rotores de um sistema segmentado possuem ranhuras ou espaços segmentados cortados para permitir que o calor seja uma via de escape. Os recortes também ajudam a prevenir ou reduzir o potencial de deformação sob condições de calor elevado.
Este tipo de sistema de frenagem de aeronaves tornou-se padrão em transportadoras aéreas e aeronaves de alto desempenho.
Problemas mais comuns com os freios das aeronaves
Os freios modernos estão se tornando cada vez mais confiáveis e de baixa manutenção. É claro que, mesmo em condições normais de voo, os freios estão sujeitos a esforços extremos. Isto pode causar danos, desgaste e possíveis avarias.
Os problemas de freio mais comuns que você pode encontrar incluem:
Conversando
Seus freios podem gerar um som de vibração ou até mesmo um guincho se a lona do freio não estiver pressionando suave e uniformemente contra o disco do freio. Essa pressão irregular pode ser resultado de um disco empenado ou desalinhamento.
Arrastando
Ao soltar o pedal do freio, você deverá sentir a roda começar a se mover livremente à medida que as lonas do freio se retraem completamente do disco do freio. Se houver uma sensação residual de arrasto, isso pode ser causado por um mau funcionamento do mecanismo de retorno, uma mola de retorno fraca, um disco empenado ou ar na linha do fluido de freio. Se você estiver enfrentando resistência ao freio e o técnico não conseguir encontrar nenhum outro problema, mas a temperatura estiver alta, o técnico provavelmente recomendará sangrar os freios para remover a pressão extra causada pelo ar quente. Isso deve resolver o problema de arrastamento.
Superaquecimento
O último problema comum com os freios das aeronaves é o superaquecimento. Embora, como piloto, você seja ensinado a usar os freios de maneira a evitar a geração de calor excessivo, situações como decolagens abortadas ou outras manobras de frenagem intensa podem sobrecarregar severamente os freios e causar superaquecimento. Se os seus freios foram submetidos a uma situação de superaquecimento, eles devem ser cuidadosamente inspecionados por um técnico licenciado quanto a danos.
Remover
Embora não sejam considerados necessários para os primeiros aviões, os freios são um componente vital para as aeronaves modernas. O sistema de freios das aeronaves continuou evoluindo ao longo do último século com novos materiais e designs que ajudam a desacelerar até mesmo as aeronaves maiores e mais rápidas.
Entre os elementos-chave estão os freios de dedo do pé, que permitem um controle preciso durante as manobras de táxi e pouso.
Além disso, o sistema antiderrapante, integrado ao sistema de freios, desempenha um papel crucial na prevenção de derrapagens e na manutenção da tração ideal na pista, especialmente durante condições climáticas adversas.
Embora a maioria dos detalhes sejam deixados para a mecânica, como acontece com todos os principais sistemas de nossa aeronave, é aconselhável ter uma compreensão básica do tipo de sistema de freio que temos, como funciona e dos possíveis problemas que podemos encontrar durante a pilotagem. a cabine.
Compreender a operação dos freios de dedo do pé e do sistema antiderrapante permite que os pilotos tomem decisões informadas e garanta pousos mais seguros em diversas situações desafiadoras.
